Los ecosistemas han sido contaminados como resultado de las actividades del ser humano. Por ejemplo, en los campos agrícolas se utilizan plaguicidas, productos químicos tóxicos para el ser humano y para otros seres vivos. Otro caso es la minería donde, desafortunadamente, tanto los principales productores de minerales como los productores secundarios, producen millones de toneladas de residuos con altos contenidos de elementos tóxicos que impactan sobre la salud humana y la de los ecosistemas (figura 1).
Por otro lado, en estas actividades la humanidad establece relaciones con los microbios, y no es que debamos preocuparnos porque nos vayan a contagiar, la razón principal es que ellos también ayudan a disminuir el impacto ambiental de las actividades industriales. Los microorganismos con estas capacidades, habitualmente forman comunidades que interactúan entre ellas; y estas asociaciones representan una fuente de herramientas moleculares que se puede explorar continuamente.
¿De dónde obtienen información estos organismos para llevar a cabo estas actividades?
La respuesta está escrita en su genoma. El genoma es todo el conjunto de genes contenidos en una molécula de ADN. El área que estudia a los genomas se le llama genómica. El tamaño de un genoma se mide en pares de bases (pb) y para representarlo se habla de kilobases (kb=1000 pb) o megabases (Mb=1,000,000 pb), que en el caso de las bacterias puede ir desde 500 kb hasta las 10 Mb. Los genes se copian a una molécula mensajera, el RNA, para que finalmente se fabriquen las proteínas que van a ser las responsables de usar y degradar aquellas moléculas contaminantes de nuestro ambiente.
Con todo lo anterior, surgen algunas interrogantes: ¿la genómica podrá ayudar a las ciencias ambientales para entender a estos organismos?, ¿será posible que con ella se puedan obtener y utilizar esas herramientas moleculares para contribuir en la mitigación de los daños ecológicos? La respuesta es contundente: ¡sí!, el impresionante mundo de la genómica cuenta con los elementos necesarios para estos retos.
La búsqueda de microorganismos útiles para estudiar e intentar mejorar los procesos de remediación se llama bioprospección. Se trata de un proceso en el que una vez ubicada el área de interés, se hace una recolección del suelo, lajas mineras y agua, etcétera; para luego transportar las muestras a un laboratorio donde se incubarán los organismos en medios de cultivo apropiados. En el Laboratorio de Ciencias Ambientales del CEIB / UAEM, mediante bioprospección de suelos contaminados, hemos identificado bacterias que son capaces de degradar ciertos plaguicidas y usarlos como alimento para su crecimiento. El empleo de estas bacterias obviamente mejora el ecosistema, pero ¿cómo logran hacerlo? ¿Se podrán utilizar los elementos responsables de estas actividades? La respuesta una vez más está en la genómica.
Primero es necesario conocer el genoma del organismo. Actualmente existen tecnologías para “leer” la secuencia entera del ADN genómico, las cuales se conocen como secuenciación masiva de alto rendimiento. A través del uso de estas tecnologías obtuvimos aproximadamente 350 millones de lecturas de una de las bacterias, con lo cual pudimos releer el genoma, de 10 mb, casi 2,500 veces. Apoyados con supercomputadoras y con un trabajo bioinformático exhaustivo en el Laboratorio de Bioinformática y Genómica Funcional del CIDC / UAEM, logramos obtener la lectura completa del genoma (figura 2). Luego, fue necesario identificar a los actores del drama: unas regiones llamadas marcos de lectura abierto que son comparadas en bases de datos especializadas para obtener un mapa de los genes presentes en nuestro genoma. Con estos pasos, pudimos saber que nuestra bacteria tiene un conjunto de genes agrupados en dos regiones, los cuales pueden producir proteínas para encargarse de la degradación completa de plaguicidas del suelo de los campos de cultivo.
Lo anterior es un ejemplo de cómo la genómica puede incidir en la salud del medio ambiente, ¿crees que se puede mejorar? Una vez más, la respuesta es afirmativa. En el caso anterior tuvimos que aislar una bacteria y crecerla en un laboratorio, pero muchos de los microorganismos que viven en nichos contaminados, como los producidos por la industria minera, no pueden ser cultivados. Es por ello que ahora estamos enfocados en realizar estudios de secuenciación masiva de metagenomas de suelos mineros.
Básicamente, el estudio de los metagenomas consiste en hacer una bioprospección de estos suelos e identificar a los microorganismos presentes utilizando directamente el ADN, sin necesidad de aislarlos. La finalidad de esto va desde determinar el tipo de comunidades microbianas en estos nichos, hasta identificar nuevos genes que puedan ser de interés para nuestros fines de biorremediación. Así que, la próxima vez que veas cómo hemos contaminado nuestro planeta con la finalidad de seguir “progresando”, no olvides que la genómica ambiental está buscando soluciones para remediar los daños. Además, recuerda que las bacterias presentes en esos lugares pueden ser nuestros mejores aliados si los entendemos. Para hacerlo, es necesario apoyar el desarrollo de nuevas tecnologías y la actividad científica en nuestro país.
Figura 1. Como producto de las actividades de extracción y explotación de las diferentes minas, se generan residuos de granulometría fina conocidos como jales o relaves.
Dr. Armando Hernández Mendoza / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro de Investigación en Dinámica Celular,
Universidad Autónoma del Estado de Morelos, México.
L.C. Fernando Martínez Ocampo / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Dr. Edgar Dantán González / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro de Investigación en Biotecnología
Universidad Autónoma del Estado de Morelos, México.